褐煤超臨界鍋爐NOX排放特性

【摘 要】NOX（氮氧化物）是燃煤電廠產生的主要污染物之一。燃煤電廠脫除NOX主要采用低氮燃燒技術和選擇性催化還原煙氣脫硝技術（SCR）相結合的方式。論文主要介紹了印度尼西亞某超臨界機組中鍋爐設計燃煤為褐煤的NOX排放特性。

【Abstract】NOX （nitrogen oxides） is one of the main pollutants from coal-fired power plants. NOX removal in coal-fired power plants mainly uses the combination of low-nitrogen combustion technology and selective catalytic reduction of flue gas denitrification （SCR）. This paper mainly introduces the NOX emission characteristics of a boiler designed to burn lignite in a supercritical unit in Indonesia.

【關鍵詞】NOX;燃煤;排放

【Keywords】NOX; coal-burning; emission

【中圖分類號】TM621 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2019）07-0133-02

1 鍋爐簡介

1.1 概述

該工程為超臨界參數燃煤汽輪發電機組，鍋爐為超臨界參數變壓直流爐、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐。鍋爐型號為DG2077.9/25.4-Ⅱ12型[1]。

1.2 鍋爐的主要設計參數

1.3 燃燒設備

1.3.1 制粉系統

采用中速磨煤機冷一次風直吹式制粉系統，配6臺磨煤機，五運一備。煤粉細度：磨煤機出口煤粉細度為R90=35%。

1.3.2 煤粉燃燒器及布置

煤粉燃燒器采用OPCC低氮燃燒器，采用前后墻對沖燃燒的方式。36只燃燒器分三層布置在爐膛前后墻上，使沿爐膛寬度方向熱負荷及煙氣溫度分布更均勻。燃燒器上部布置燃盡風（OFA）風口，16只燃盡風風口分別布置在前后墻上。

2 鍋爐燃料特性分析

鍋爐設計燃料為印度尼西亞當地的褐煤。印度尼西亞的褐煤除了具有高水分、高揮發分的特點外，其灰分也特別低。灰分通常在4%～8%。鍋爐實際燃煤和設計燃煤的燃料特性見表2。

表中三個煤樣為鍋爐實際燃煤。煤樣1全水分最高，低位熱值最低。煤樣3是摻燒了煤矸石的混煤，其灰分最高，水分最低，熱值也與設計煤接近，NOX的基礎排放值偏高。

3 NOX排放特性研究

影響鍋爐NOX排放值的因素很多，除了煤質自身的因素外，運行方式對鍋爐的NOX排放影響也非常大。如運行時氧量控制、磨煤機投運數量、燃盡風量等因素。只有在正確的方式下運行，才能得到較高的鍋爐熱效率及較低的NOX排放值。

3.1 煤質對NOX排放值的影響

該超臨界燃煤鍋爐設計燃煤為印度尼西亞褐煤，NOX排放值總體偏低。在不同時期燃用表2中所列的煤質，受到水分、揮發分變化的影響，NOX排放值還是有一定的差別。

在運行條件基本一致的情況下，煤質全水分高，鍋爐NOX排放值低。主要是由于全水分越高，爐膛內溫度越低，熱力型NOX減少。

在鍋爐燃用煤樣1期間，鍋爐整體NOX排放值偏低。在不同負荷運行和運行方式基本一致的條件下，燃用不同的入爐煤時，鍋爐NOX排放值不同。雖然燃用煤樣1時鍋爐NOX排放值更低，但是煤樣1由于全水分高，排煙溫度高，鍋爐效率比燃用煤樣2時更低。

另外，煤的熱值受水分、灰分影響，其基礎排放值的差距也較大。如圖2所示，660MW負荷下，采用高灰分、低熱值的煤，鍋爐NOX基礎排放值高。

3.2 運行方式對NOX排放值的影響

NOX排放值除了受煤質的影響外，運行方式的不同對NOX的排放值影響也非常大。采用低氮燃燒技術，在一定條件下可以實現低NOX排放值。比如對燃盡風量、磨煤機投運方式、運行氧量進行控制等。

3.2.1 燃盡風量的控制

低氮燃燒技術主要實現了分級燃燒，包括燃燒器自身分級燃燒以及爐膛整體分級燃燒。燃盡風率不同，導致爐膛分級燃燒的程度也不同。圖1是不同燃盡風擋板開度下NOX排放值。

由圖1可知，隨著燃盡風量的增加，燃盡區過量空氣系數也在增加。當燃盡區過量空氣系數由0.1增加至0.2時，NOX排放值下降較明顯，由197mg/m3降至165mg/m3。而當燃盡區過量空氣系數超過0.2時，也就是燃盡風擋板開度超過50%后，NOX排放值幾乎沒有變化。由試驗結果可知，OPCC低氮燃燒器對燃用印度尼西亞褐煤鍋爐降低自身的NOX排放值效果很好，基礎排放值低。而對爐膛整體分級燃燒降低NOX排放值的效果則相對差一些，增加燃盡風率后，最多僅降低32mg/m3。

3.2.2 磨煤機投運方式

負荷相同情況下，在磨煤機允許出力的范圍內，應盡量增加磨煤機出力，減少磨煤機投運數量（見表3）。

相同負荷下，降低磨煤機投運數量，磨煤機的出力增加，磨煤機運行數量降低，一次風率降低，NOX排放值明顯減少，排煙溫度明顯降低，鍋爐熱效率提高。

3.2.3 氧量的控制

相同負荷下，氧量控制得越低，NOX排放值越低。燃用褐煤超臨界鍋爐飛灰可燃物含量低，一般不考慮低氧運行對飛灰可燃物的影響，但要注意在低氧量情況下，局部CO的生成。圖2是不同負荷段不同氧量下NOX排放值曲線。

如圖2所示，在660MW負荷下，燃用煤質為表2中的煤樣3，其基礎排放值高。而580MW和380MW負荷下，則燃用表2中的煤樣2的基礎排放值高。由圖可知，三個負荷段NOX排放值隨著省煤器出口氧量的增加而增加，每個負荷段整體的變化區間都不大。380MW、580MW和660MW變氧量引起NOX的排放值變化分別僅有35mg/Nm3、30mg/Nm3、36mg/Nm3。

4 結語

褐煤具有水分高、揮發分高的特點，燃用煤的不同水分、不同揮發分會導致NOX排放值差異大。燃用褐煤的超臨界鍋爐采用OPCC低氮旋流燃燒器，NOX排放初始值低，而爐膛整體分級燃燒以及降低氧量運行對降低NOX排放值是有限的，制粉系統的運行對煤粉鍋爐產生的影響較大。因此，采用合理的運行方式有利于提高鍋爐熱效率和降低NOX排放值。

【參考文獻】

【1】楊凱，馬曉偉，周棋.褐煤超臨界鍋爐NOx排放特性[J].東方鍋爐，2018（2）：35-40.